[专栏，看电池]“寻找第二个EcoPro”全固态时代的价值链

by Jeong Donghoon

Published 12 Mar.2024 17:30(KST)

Updated 14 Mar.2024 16:04(KST)

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三星SDI将于今年上半年敲定量产规模与构成
“梦想电池”量产在望…2027年投产
硫化物系成主流…崛起为全新价值链

编者按“看电池，看未来”是聚焦作为下一代尖端产业核心而崛起的电池产业的系列报道。我们将梳理全球各国政府和企业为了掌控电池制造生态而展开的敏捷布局、战略以及由此产生的利益冲突，也不会错过为打造更安全、续航更长电池而展开的技术竞争。希望在读者和投资者身边发挥“辅助”作用，帮助加深对电池产业的理解。我们将讲述通俗易懂的电池故事。

全固态电池是指所有材料均为固体构成的电池。＜图片来源 Getty Image Bank供图＞

全固态电池时代正大步逼近，量产时间定在3年后。由于安全性和能量密度远高于现有电池，被称为“梦想电池”的正是这种电池。今年上半年，随着三星SDI全固态电池量产产线的规模和构成敲定，业界对全固态电池时代价值链变化的关注度也随之升高。

据电池行业12日消息，LG能源解决方案和三星SDI计划于2027年实现硫化物系全固态电池量产。SK On也将在明年之前建成硫化物系固态电池试验线，并以从2029年开始商业化量产为目标。在此过程中，三星SDI在“商业化进程”上走在前列。于本月8日闭幕的“InterBattery 2024”展会上，三星SDI中大型产品企划组组长 Ko Jooyoung（副社长）表示：“全固态电池样品已在去年12月提交给3家原始设备制造商（汽车制造企业），目前正在进行评估”，“需要在今年上半年决定量产产线投资的规模以及如何建设”。三星SDI去年在京畿道水原市三星SDI研究所内新建了生产样品产品的全固态电池试验线，并已开始生产。

“梦想电池”全固态电池，硫化物系成主流

全固态电池是指所有材料均为固体的电池，即将位于正负极之间、负责传导离子的电解质由液体替换为固体。与液态相比，固体电解质在抗冲击和抗损伤方面更具优势，同时还能起到隔板作用，从而可以最大限度减少甚至省去隔膜。通过这种方式，要么减轻电池重量，要么在腾出的空间中增加正极活性物质，从而提高能量密度。

全固态电池大致分为三类：硫化物系、氧化物系和高分子系。其中，包括国内三大电池企业以及日本丰田、松下等公司纷纷投入开发和量产、并逐渐确立为主流技术的，正是硫化物系全固态电池。硫化物系的优势在于拥有最高的离子电导率，并可实现每升900Wh以上的高能量密度。

但硫化物系全固态电池在遇水时会生成对人体有害的硫化氢气体。因此，需要开发与水分反应性较低的材料，同时难以沿用现有的电极生产工艺（湿法），必须开发干法工艺。在电芯制造工艺及运行过程中也需要非常高的压力。为此，要么在模组、系统（Pack）层面开发加压结构，要么开发在低加压结构下也能运行的材料。

核心材料正极必须为单晶结构……锂金属、无负极等负极材料持续演进

占电池成本40%的正极材料在全固态电池中不会发生大变化。为了在固态电池内部也能让离子顺畅移动，需要将电极形成得更加均匀，需要在更高温、更高压条件下将固体粉末压制成膜。在这一过程中，易碎的传统多晶正极材料因其易破裂的特性而并不适用。由结构坚硬的单一颗粒构成的单晶（单颗粒）正极材料将在全固态电池时代更加受到青睐。

国内正极材料企业LG化学、POSCO Future M、EcoPro已经在生产或向客户供应用于全固态电池的单晶正极材料。虽然其售价高于传统多晶正极材料，但企业正着力提升量产效率，以应对未来将不断扩大的需求。L&F则以今年第三季度量产为目标，正在开发单晶正极材料。

全固态电池可以采用锂金属负极，或采用无负极活性物质的结构来构成电芯。锂金属负极材料一般通过在铜箔上覆镀数十纳米厚度的锂金属箔的方式制成。由于锂金属本身重量较轻，且厚度远薄于石墨，因此与传统石墨或硅基负极材料相比，可大幅缩小电池的尺寸和体积。因为可以提高能量密度，在保持电池尺寸不变的情况下，有望制造出续航更长的电动汽车。

在国内，现代汽车早在2021年便与美国SolidEnergy Systems（SES）启动了针对电动车用锂金属电池技术获取的技术开发合作。2022年4月，乐天化学与开发锂金属负极材料的美国初创企业Soelect签署业务合作协议，计划在2025年前向美国当地投资2亿美元，论证建设锂金属负极材料生产设施。去年5月，POSCO集团携手SKC，共同开发包括锂金属负极在内的下一代负极材料。

“全固态核心”固体电解质与硫化锂，3年增长20倍

以往电池中使用的是由有机物构成的液体电解质，而全固态电池中使用的是固体电解质。固体电解质本身还起到阻隔正负极直接接触的隔膜作用。其不存在因温度变化引发的反应或因外部冲击造成的漏液风险。采用固体电解质本身并不会提高能量密度，但可以在电池构成中删除或减少防火用隔膜、电池外壳以及冷却液。

多家国内企业正纷纷进入固体电解质产业。以三星SDI为中心，EcoPro BM、乐天能源材料等企业正构建相关价值链。POSCO控股通过与Jungkwan的合资公司POSCO JK Solid Solution，同时开发硫化物系和氧化物系固体电解质。SK ie technology也计划将固体电解质作为新业务推进。海外企业中，Solid Power和Idemitsu Kosan较具代表性。预计到2027年全固态电池开始量产时，固体电解质需求将从目前的2000吨增长到2030年的4.3万吨，增幅约2050%。

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作为固体电解质核心原料的硫化锂，其增长潜力也非常巨大。硫化锂不仅在全固态电池阶段被用于固体电解质，还可替代现有NCM（镍·钴·锰）系正极材料中使用的氢氧化锂。国内目前由Lake Materials、ISU Specialty Chemicals、Jeongseok Chemical生产硫化锂。根据韩华投资证券的测算，这些企业的合计产能约为200吨，而到2030年，需求量预计将超过1.5万吨。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。